第一篇: 化工设备材料
第一章化工设备材料及其选择
2.名词解释
A组：
1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作
用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6.泊松比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生
塑性变形的能力。
10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
B组：
1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中
的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中
心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后
钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有
缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构
疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，
上半部像镇静钢。
4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。
5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。
6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。
7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。
8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。
9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。
10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。C组：
1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,
化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。
2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却
下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。
3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到
接近平衡状态组织的热处理方法。
4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以
得到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。
5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件
淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。
6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采
用调质处理。
7.普通碳素钢：这种钢含硫,磷等有害杂质较多，要求S ≤0.055%，P ≤0.045%。普通碳素结构钢
的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如： Q235—A ·F 。
8.优质碳素钢：含硫,磷等较少（含硫S 、磷P 均≤0.04%），非金属杂质少，组织均匀，表面质量
较好。
9.不锈钢和不锈耐酸钢：不锈钢是耐大气腐蚀的钢；耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的钢。不
锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。
10.锅炉钢：有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管主要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管
路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。
D 组：
1.容器钢：化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比较严格，对压力容器
用钢板有比较严格的要求。
2.耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。
3.低温用钢：由于普通碳钢在低温下（-20℃以下）会变脆，冲击韧性会显著下降。因此用作低
温场合的钢要求具有良好的韧性（包括低温韧性），良好的加工工艺性和可焊性的钢。
4.腐蚀速度：评定金属的腐蚀有两种方法。
（1）根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单位表面积、单
位时间腐蚀引起的重量变化。即：
t F p p K ?-=
1
0（g/m 2·h ）
K ：腐蚀速度，g/cm 2
·h ； p 0：腐蚀前试件的重量，g ； p 1：腐蚀后试件的重量，g ；
F ： 试件与腐蚀介质接触的面积，m 2
；
t ： 腐蚀作用的时间， h ；
（2）根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时， 没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面的尺寸的减少 则不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度。即：
ρρK
K K a 76
.8100036524=?=
（mm/a ）
式中：K a ：用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a ；
ρ：金属的相对密度，g/cm 3
。
5.化学腐蚀：金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生 化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。
6.电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有
电流产生。
7.氢腐蚀：氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性显著
下降，甚至破坏的现象。
8.晶间腐蚀：一种局部的,选择性的破坏。
9.应力腐蚀：金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。
10.阴极保护：把盛有电解质的金属设备和直流电源负极相连，电源正极和一辅助阳极相连。当电路接通后，电源便给金属设备以阴极电流，使金属的电极电位向负向移动，当电位降至阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即停止。
二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量（重点）
第二篇: 化工容器设计
2容器设计的基本知识
4 1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的内径。 2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的 外径。
第三章 内压薄壁容器的应力分析
2 名词解释 A 组：
⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M 处经线的曲率半径。 ⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。 ⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。 4 判断题 A 组：
1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不
能？
（1） 横截面为正六角形的柱壳。（×） （2） 横截面为圆的轴对称柱壳。（√） （3） 横截面为椭圆的柱壳。 （×） （4） 横截面为圆的椭球壳。 （√） （5） 横截面为半圆的柱壳。 （×） （6） 横截面为圆的锥形壳。 （√）
2. 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（×）
3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R R 2
1
=，则该点的两向应力σσθ=m
。 （√）
4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容
器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。（×）
5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√） B 组：
1. 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称
分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。（√）
2. 由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开空宜在锥顶部分。（√）
3. 凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论
应力公式求解的应力都是真实的。（×）
4. 椭球壳的长，短轴之比a/b 越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。（√）
5. 因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑
采用半球形封头。（×）
6 指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径（重点） A 组：
图 3-31
图图 3-29
1 球壳上任一点 R R R ==21
2、圆锥壳上之M 点 ∞=1
R αcos 22
D
R m
=
3、碟形壳上之连接点A 与B
A 点： 在球壳上：
R C A R R ==
→2
1:)(
在弧面上：R
B A R r R ==→ 2
1
1
,:)(
B 点： 在弧面上：r
A B R r R ==→ 2
11,:)(
在圆柱壳上：r
B B R R =∞=→ 2
1,:)'(
B 组：
2,21D R R =
∞=
2. 圆锥壳与柱壳的连接点A 及锥顶点B
αcos ,:)(21R B A R R =
∞=→
R B R R =∞=→21,:)(柱
,:21=∞=R R B
7 计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力σσθ和
m 。
mm D R R 50421008221===
= MP S PD m 6384100824=??==σ S
P R R m =+21σσθ
MP S PD
634==
σ
θ
2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=0.5Mpa ，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21D
A R R =
∞=点
MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=???==ασ
S
P R
R
m =
+2
1
σσ
θ
MP S PD 16.29866.01021010
5.0cos 2=???==
ασθ
,:21=∞=R R B 点
==σσθm
3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。B 点处坐标x=600mm 。
2
5051010==b a 标准椭圆形封头
b
b b y x A a
R a R 2
2
21,:),0==
==点（
MP S Pa m 5.502010101=?==
=θσσ
MPa
sb
P
B b a x a
m 3.43)(2 2
2
2
4
=--=
σ点：
MPa b a x a a sb
P b
a x a 7.27)(2)(2 222442
2
2
4
=??????-----=
θσ
:)0,(==y a x C 点
MPa S Pa m 25.25202101012=??==
σ MPa
S Pa 5.502010101-=?-=-=σ
θ
8 工程应用题
1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为
2.5Mpa ，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，
试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m 。 【解】 P=2.5Mpa D=816mm S=16mm
1.00196.081616
<==D S 属薄壁容器
MPa S PD m 875.311648165.24=??==σ MPa S PD m 75.631628165.22=??==σ
2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为0.6Mpa ，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
【解】 P=0.6Mpa D=10020mm S=20mm
1.0001996.01002020<==D S 属薄壁容器
MPa S PD m 15.7520410020
6.04=??==
=σσθ
3. 有一承受气体内压的圆筒形容器，两端封头均为椭圆形封头，已知：圆筒平均直径为2030 mm ，
筒体与封头厚度均为30 mm ，工作压力为3Mpa ，试求； ⑴圆筒壁内的最大工作压力；
⑵若封头椭圆长，短半轴之比分别为2，2，2.5时，计算封头上薄膜应力的σσθ和m 的最大值并确定其所在的位置。
【解】(1) 圆筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mm
1.00148.0203030<==D S 属薄壁容器
MP S PD m 75.50304203024=??==σ
最大工作应力：MP S PD 5.101302203022=??==σθ
（2）椭球：
① 时
2=b a
在x=0，y=b,（顶点处）有最大值
MP
b a S Pa m 78.71302210153)(2)(max =???===σσ
θ
② 时 2=b a
，在x=0,y=b 处（顶点处）
MP b a S Pa m 5.101302210153)(2)(max =???===σσθ
在x=a,y=0点（边缘处）
MP b a S Pa 5.101302210153)(2)(max -=???-=-
=σθ
③ 时
5.2=b a
，在x=0,y=b 处（顶点处）
MP b a S Pa m 88.1263025.210153)(2)(max =???==σ
在x=a,y=0点（边缘处）
MP b a S Pa 69.215)2(2)(22max
-=-=σθ
第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
2
填空题
A 组：
1. 有一容器,其最高气体工作压力为1.6Mpa,无液体静压作用,工作温度≤150℃且装有安全
阀,试确定该容器的设计压力p=(1.76 )Mpa;计算压力p c =( 1.76 )Mpa;水压试验压力p T =(2.2 )MPa.
2. 有一带夹套的反应釜,釜内为真空,夹套内的工作压力为0.5MPa,工作温度<200℃,试确
定:
(1)釜体的计算压力(外压)p c =( -0.6 )MPa;釜体水压试验压力p T =( 0.75 )MPa. (2)夹套的计算压力(内压)p c =( 0.5 )MPa;夹套的水压试验压力p T =( 0.625 )MPa.
3. 有一立式容器,下部装有10m 深,密度为ρ=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达
0.5MPa,工作温度≤100℃,试确定该容器的设计压力p=( 0.5 )MPa;计算压力p c =( 0.617 )MPa;水压试验压力p T =(0.625 )MPa. 4. 标5. 准碟形封头之球面部分内径R i =( 0.9 )D i ;过渡圆弧部分之半径
r=( 0.17 )D i .
6. 承受均匀压力的圆平板,若周边固定,则最大应力是(径向 )弯曲应力,且最大应力在圆
平板的(边缘 )处;若周边简支,最大应力是( 径向 )和( 切7. 向 )弯曲应力,且最大应力在圆平板的( 中心 )处.
8. 凹面受压的椭圆形封头,其有效厚度Se 不9. 论理论计算值怎样小,当K ≤1时,其值应小于
封头内直径的( 0.15 )%;K>1时,Se 应不10. 小于封头内直径的( 0.3 )%.
11. 对于碳钢和低合金钢制的容器,考虑其刚性需要,其最小壁厚S min =( 3 )mm;对于高合金
钢制容器,其最小壁厚S min =( 2 )mm.
12. 对碳钢,16MnR,15MnNbR 和正火的15MnVR 钢板制容器,液压试验时,液体温度不13. 得
低于( 5 ) ℃,其他低合金钢制容器(不14. 包括低温容器),液压试验时,液体温度不15. 得低于( 15 ) ℃.
3 判断是非题(是者画√;非者画×)
1. 厚度为60mm 和6mm 的16MnR 热轧钢板,其屈服
2. 点是不同
3. 的,且60mm 厚钢板的σs
大于6mm 厚钢板的σs . ( × )
4. 依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服
5. 点σs(t)时,
即宣告该容器已经”失效”. ( √ ) 6. 安全系数是一个不7. 断发展变化的数据,按照科学技术发展的总趋势,安全系数将逐渐变
小. ( √ ) 8. 当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而9. 减小. ( × ) 10. 由于材料的强度指11.标12. σb 和σs(σ0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而13. 侧得,
对于二向或三向应力状态,在建立强度条件时,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力. ( √ ） 4 工程应用题
A 组：
1、 有一DN2000mm 的内压薄壁圆筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大气体工作压力p w =2MPa,容
器上装有安全阀,焊接接头系数φ=0.85,厚度附加量为C=2mm,试求筒体的最大工作应力. 【解】（1）确定参数：p w =2MPa; p c =1.1p w =2.2MPa （装有安全阀）;
D i = DN=2000mm( 钢板卷制); S n =22mm; S e = S n -C=20mm
φ=0.85（题中给定）; C=2mm （题中给定）.
（2）最大工作应力：
a
e e i c t MP S S D p 1.11120
2)
202000(2.22)(=?+?=+=
σ
2、 某球形内压薄壁容器,内径为D i =10m,厚度为S n =22mm,若令焊接接头系数φ=1.0,厚度附
加量为C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力
[σ]t =147MPa. 【解】（1）确定参数：D i =10m; S n =22mm; φ=1.0; C=2mm; [σ]t =147MPa.
S e = S n -C=20mm.
（2）最大工作压力：球形容器.
a
e i e t w
MP S D S P 17.120
10000200.11474][4][=+???=+=φσ
3、 某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为1.6MPa,釜体材料选
用0Cr18Ni9Ti 。采用双面焊对接接头,局部无损探伤,凸形封头上装有安全阀,试设计釜体厚度。 【解】
（1）确定参数：D i =1600mm; t w =5~105℃;
p w =1.6MPa; p c =1.1 p w =1.76MPa （装有安全阀） φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤） C 2=0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时） 材质：0Cr18Ni9Ti [σ]t =112.9MPa （按教材附录9表16-2，内插法取值）
[σ] =137MPa
（2）计算厚度：
mm
p D p S c
t i c 8.1476
.185.09.11221600
76.1][2=-???=
-=
φσ
C 1=0.8mm （按教材表4-9取值，GB4237-92《不锈钢热轧钢板》）, C=C 1+C 2=0.8mm. 名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=14.8+0.8=15.6mm. 圆整后，S n =16mm. 11 水压试验校核
s
e
e i T T S S D p φσσ9.02)
(≤+=
有效壁厚 S e = S n -C=16-0.8=15.2mm
试验压力 MPa P P t T 67.29.112137
76.125.1][][25.1=??==σσ
计算应力
141.86MPa 15.2
2 15.2)(16002.67 2)(=?+?=+=e e i T T S S D P σ 应力校核
MPa
8.15685.02059.0 9.0=??=φσs
φ
σσS T 9.0 < ∴ 水压试验强度足够
4、 有一圆筒形乙烯罐,内径D i =1600mm,壁厚S n =16mm,计算压力为p c =2.5MPa,工作温度为
-3.5℃，5、 材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。 【解】（1）确定参数：D i =1600mm; S n =16mm; t w =-3.5℃; p c =2.5MPa.
φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤）
16MnR ： 常温下的许用应力 [σ] = 170 MPa
设计温度下的许用应力 [σ]t = 170 MPa 常温度下的屈服点 σs = 345 MPa
有效壁厚：Se = Sn － C = 16 － 3 = 13 mm
（2）强度校核
最大允许工作压力[Pw ]
][ 2][e i e
t w S D S p +=φσMPa
33.21316001385.01702=+???=
∵ Pc ＞[Pw ] ∴ 该贮罐强度不足
9、 设计容器筒体和封头厚度。已知内径D i =1400mm,计算压力p c =1.8MPa,设计温度为
40℃,材质为15MnVR,介质无大腐蚀性.双面焊对接接头,100%探伤。封头按半球形、标10、 准椭圆形和标11、 准碟形三种形式算出其所需厚度,最后根据各有关因素进行分析,确定一最佳方案。 【解】（1）确定参数：D i =1400mm; p c =1.8MPa; t=40℃;
φ=1.0（双面焊对接接头,100%探伤）；C 2=1mm.（介质无大腐蚀性）
15MnVR ：假设钢板厚度: 6~16mm ，则：
[σ]t =177MPa ， [σ] =177MPa ，σs = 390 MPa
（2）筒体壁厚设计：
mm p D p S c
t i c 16.78.10.117721400
8.1][2=-???=-=φσ
C 1=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94《压力容器用钢板》） C=C 1+C 2=1.25mm.
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=7.16+1.25=8.41mm. 圆整后，S n =9mm.
（3） 筒体水压试验校核
s
e
e i T T S S D p φσσ9.02)
(≤+=
有效壁厚 S e = S n -C=9-1.25=7.75mm
试验压力 MPa P P t T 25.2177177
8.125.1][][25.1=??==σσ
计算应力
204.35MPa 7.75
2 7.75)(14002.25 2)(=?+?=+=e e i T T S S D P σ 应力校核
MPa
35113909.0 9.0=??=φσs
φ
σσS T 9.0 < ∴ 筒体水压试验强度足够
（4）封头厚度设计
半球形封头：
mm
p D p S c
t i c 57.38
.10.117741400
8.1][4=-???=
-=
φσ
C 1=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94《压力容器用钢板》） C=C 1+C 2=1.25mm.
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=3.57+1.25=4.82mm. 圆整后，S n =5mm.
标准椭圆封头：
mm
p D Kp S c
t i c 1.78
.15.00.117721400
8.10.15.0][2=?-????=
-=
φσ
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=7.1+1.25=8.35mm. 圆整后，S n =9mm. 标准碟形封头：
mm p D Mp S c
t i c 4.98.15.00.117721400
8.1325.15.0][2=?-????=-=φσ
名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=9.4+1.25=10.65mm. 圆整后，S n =11mm.
从计算结果看，最佳方案是选用标准椭圆封头。 《化工设备机械基础》习题解答
第五章 外压圆筒与封头的设计
3
判断是非题（对者画√， 错者画X ） 1． 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，2． 制造的精度绝对保证，3． 则在任
何大的外压下也不4． 会发生弹性失稳。 （ X ） 5． 18MnMoNbR 钢板的屈服6． 点比Q235-AR 钢板的屈服7． 点高108%，8． 因此，
9． 用18MnMoNbR 钢板制造的外压容器，10． 要比用Q235-AR 钢板制造的同11． 一
设计条件下的外压容器节省许多钢材。 （ X ）
12． 设计某一钢制外压短圆筒时，13． 发现采用20g 钢板算得的临界压力比设计要
求低10%，14． 后改用屈服15． 点比20g 高35%的16MnR 钢板，16． 即可满足设计要求。 （ X ）
17． 几何形状和尺寸完全相同18． 的三个不同19． 材料制造的外压圆筒，20． 其
临界失稳压力大小依次为：P cr 不21． 锈钢 > P cr 铝 > P cr 铜。 （ X ）
22． 外压容器采用的加强圈愈多，23． 壳壁所需厚度就愈薄，24． 则容器的总
重量就愈轻。（ X ） 4
填空题
a) 受外压的长圆筒，b) 侧向失稳时波形数n=（2）；短圆筒侧向失稳时波形数为n>（2）
的整数。
c) 直径与壁厚分别为D ，d) S 的薄壁圆筒壳，e) 承受均匀侧向外压p 作用时，f) 其
环向应力σθ=（PD/2S ），g) 经向应力σm （PD/4S ），h) 它们均是（压）应力，i) 且与圆筒的长度L （无）关。
j) 外压容器的焊接接头系数均取为Φ=（1）；设计外压圆筒现行的稳定安全系数为m=（3）。 k) 外压圆筒的加强圈，l) 其作用是将（长）圆筒转化成为（短）圆筒，m) 以提高
临界失稳压力，n) 减薄筒体壁厚。加强圈的惯性矩应计及（加强圈）和（加强圈和圆筒有效段组合截面）。
o) 外压圆筒上设置加强圈后，p) 对靠近加强圈的两侧部分长度的筒体也起到加强作用，q) 该部分长度的范围为（加强圈中心线两侧各为0.55e
S D 0的壳体）。
5
工程应用题 A 组：
1、图5-21中A ，B ，C 点表示三个受外压的钢制圆筒，材质为碳素钢，σs =216MPa ，E=206GPa 。试回答：
（1）A ，B ，C 三个圆筒各属于哪一类圆筒？它们失稳时的波形数n 等于（或大于）几？ （2）如果将圆筒改为铝合金制造（σs =108MPa ，E=68.7GPa ），它的许用外压力有何变化？
变化的幅度大概是多少？（用比值[P]铝/[P]铜=？表示） 解：（1）A —长圆筒，L/D 0值较大，临界压力P cr 仅与S e /D 0有关，而与L/D 0无关，失稳时的
波形数n=2。
B —短圆筒，临界压力P cr 不仅与S e /D 0有关，而且与L/D 0有关，失稳时的波形数为n ＞2的整数。
C —临界圆筒（长、 短圆筒拐点处），长度等于临界长度，发生失稳时的波形数为n ≥2。 （2）在圆筒几何尺寸一定情况下，[P]只与E 有关。所以，改用铝合金后：
[P]铝/[P]铜=P cr 铝/P cr 铜=E 铝/E 钢=68.7/206=0.333 许用外压力下降了66.7%。
2、有一台聚乙烯聚合釜，其外径为D 0=1580mm ，高L=7060mm （切线间长度），有效厚度S e =11mm ，
材质为0Cr18Ni9Ti ，试确定釜体的最大允许外压力。（设计温度为200℃）
【解】查表得E t =1.84×105
MPa
mm
S D S D D S E L mm S D D L t
e e i e t cr
e
cr 2.1625][)()(295.12215517.105
.20
=+='==σφ
∵
cr cr
L L L <<' ∴该聚合釜属于短圆筒
其临界压力MPa D L D S E P e t
cr 42.0)(
59.20
5
.20
== 取m =3，[P]=P cr /m=0.42/3=0.14MPa ∴聚合釜的最大允许外压力为0.14MPa
4、试设计一台氨合成塔内筒的厚度，已知内筒外径为D 0=410mm ，筒长L=4000mm ，材质为0Cr18Ni9Ti ，内筒壁温最高可达450℃，合成塔内系统的总压力降为0.5MPa 。
解：已知D 0=410mm, L=4000mm, E t =1.64×105
MPa, 计算外压P c =0.5MPa （1）假设塔内筒名义厚度Sn=8mm ，取壁厚附加量C=2mm
Se=Sn-C=8-2=6mm L/D 0=9.76 D 0/Se=68.3
（2）求A 值 查图5-5 得A= 0.0026 （3）求B 值 查图5-12 得B=88MPa
MPa
S D B P e 29.13
.6888
/][0===
Pc=0.5MPa, Pc ＜＜[P]，说明假设的Sn=8mm 偏大。
（1）重新假设 Sn=6mm Se=Sn-C=6-2=4mm L/D 0=9.76 D 0/Se=102.5 （2）求A 值 查图5-5 得A= 0.0014 （3）求B 值 查图5-12 得B=78MPa
MPa
S D B P e 76.05
.10278
/][0===
Pc=0.5MPa, Pc ＜[P]，且较接近，故取Sn=6mm 合适
该内筒采用Sn=6mm 的0Cr18Ni9Ti 制作，能够满足稳定性要求。
17 有一台液氮罐，直径为D i =800mm ，切线间长度L=1500mm ，有效厚度S e =2mm ，材质为0Cr18Ni9Ti ，
由于其密闭性能要求较高，故须进行真空试漏，试验条件为绝对压力10-3
mmHg ，问不设置加强圈能否被抽瘪？如果需要加强圈，则需要几个？ 解：确定计算外压力：
∵ 真空度=大气压-绝压=760-10-3
=759.99 mmHg ∴
MPa
P c 1.009999.076099
.7591.0≈=?=
查表得：E t =1.95×105MPa
4 取壁厚附加量C=2mm ，有效厚度S e =2mm ，则名义厚度Sn= Se+C=2+2=4mm
D 0= D i +2S n =800+8=808mm L/D 0=1.86 D 0/Se=404
（2）求A 值 查图5-5 得A= 0.000085
（3）求B 值 查图5-12 A 点落在曲线左侧，计算B 值：
MPa A E B t 05.11000085.01019532
323=???==
MPa
S D B P e 027.0404
05
.11/][0===
∵ P c >[P] ∴不设置加强圈会被抽瘪
（4）设置加强圈
所需加强圈最大间距
mm
D S P D
E L o e c o t s 5.404)808
2(1.08081019586.0)(86.05
.235.2=????==
加强圈个数：个）(7.215
.4041500
1=-=-=
s L L n 取整，n=3 需设三个加强圈 （5）验算
设三个加强圈，则：L e =L/4=1500/4=375mm L e /D 0=0.464 D 0/Se=404 查图5-5 得A=0.00035， 查图5-12，得B=45MPa
MPa
S D B P e 11.0404
45
/][0===
因为Pc ＜[P]，且十分接近，故至少需设三个加强圈。
《化工设备机械基础》习题解答
第六章 容器零部件（重点）
二、填空题： A 组：
1 法兰联接结构，一般是由（联接）件，（被联接）件和（密封元）件三部分组成。
2 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓（直径）和增加螺栓（个数）的办法，对密封是有利的。
3 提高法兰刚度的有效途径是1（增加法兰厚度） 2（减小螺栓作用力臂） 3（增加法兰盘外径）。
4 制定法兰标准尺寸系列时，是以（16MnR）材料，在（200）℃时的力学性能为基础的
5 法兰公称压力的确定与法兰的最大（操作压力），（操作温度）和（法兰材料）三个因素有关。
6 卧式容器双鞍座的设计中，容器的计算长度等于（筒体）长度加上两端凸形封头曲面深度的（2/3）。
7 配有双按时制作的卧室容器，其筒体的危险截面可能出现在（支座）处和（跨距中间）处。
8 卧式容器双鞍座的设计中，筒体的最大轴向总应力的验算条件是：
轴向应力应为（σ拉≤[]σt）
轴向压力应为（σ压≤[]σt）和（轴向许用压缩应力[]σ
ac的较小值）
B组：
1 采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即A≤(0.25)D0,且A不大于（0.2）L
2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ=（120°）和θ=（150°）两种。
3 采用补强板对开孔进行等面积补强时，其补强范围是：
有效补强宽度是（
}
2
2
,
2
max{
nt
n
d
d
Bδ
δ+
+
=
）
外侧有效补强高度是（min {
接管实际外伸高度
,
1nt
d
hδ
=
}）
内侧有效补强高度是（min {
接管实际内伸高度
,
2nt
d
hδ
=
}）
4 根据等面积补强原则，必须使开孔削弱的截面积A≤A e=(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A1+(接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A2+(焊缝金属截面积)A3。
5 采用等面积补强时，当筒体径Di≤1500mm时，须使开孔最大直径d≤(1/2)D i,且不得超过（520）mm.当筒体直径D i,>1500mm时，，须使开孔最大直径d≤( 1/3)D i,,且不得超过（1000）。
6 现行标准中规定的圆形人孔公称直径有DN(400)mm, DN(450)mm, DN(500)mm, DN(600)mm等四种。
7 现行标准中规定，椭圆形人孔的尺寸为（400）（250）mm与（380）（280）mm。
8 现行标准中规定的标准手孔的公称直径有DN(150mm)和DN(250mm)两种。
三、是非判断题
1 法兰密封中，法兰的刚度与强度具有同等重要的意义。(×)
2 在法兰设计中，如欲减薄法兰的厚度t，则应加大法兰盘外径D0,加大法兰长径部分尺寸和加大臂长度。(×)
3 金属垫片材料一般并不要求强度高，为要求其软韧，金属垫片主要用于中高温和中高压的法兰联接密封。(√)
4 法兰连接中，预紧密封比压大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封。所以预密封比压越大越好。(×)
5 正压操作的盛装气体（在设计温度下不冷凝）的圆筒形处贮罐，采用双鞍式支座支承时，可以不必验算其轴向的拉应力。(×)
四、工程应用题
A 组：2.选择设备法兰密封面型式及垫片
介质公称压力PN 介质温度适宜密封面型式垫片名称及材料
（MPa）℃
丙烷 1.0 150 平形耐油橡胶石棉垫/耐油橡胶
石棉板
蒸汽 1.6 200 平形石棉橡胶垫/中压石棉橡胶
板
液氨 2.5 ≤50 凹凸或榫槽石棉橡胶垫圈/中压石棉橡
胶板
氢气 4.0 200 凹凸缠绕式垫圈/08(15)钢带-石
棉带
5)试为一精馏塔配塔节与封头的联接法兰及出料口接管法兰。已知条件为：塔体内径800mm,
接管公称直径100mm，操作温度300℃，操作压力0.25MPa,材质Q 235-AR。绘出法兰结构图并注明尺寸。
解：塔节与封头的联接法兰——容器法兰
根据该塔的工艺条件：温度、压力及塔径，塔节与封头联接的法兰应该选用甲型平焊法兰。根据操作温度、设计压力和使用材料，由表6-4可知应按法兰的公称压力为0.6MPa来选择尺寸。由附录十四表32查得法兰各部尺寸，并绘注于图1中。由表6-1可采用平面密封面，垫片材料为石棉橡胶板，宽度从表6-3中查得值为20mm。联接螺栓为Ｍ20，共24个，材料由表6-6查得为35。螺母材料为Ｑ235-Ａ。
（2）出料口接管法兰——管法兰
根据计算压力、法兰材质和工作温度查附录十五表34，确定接管法兰的公称压力为0.25 MPa；根据公称压力、公称直径按表6-10确定法兰类型和密封面型式为突面板式平焊管法兰，法兰标记：HG20592 法兰 PL100-0.25 RF Q235-A。根据公称压力、工作温度由附录十五表35查得垫片选用石棉橡胶垫圈，螺栓、螺柱材质为35。由表36得法兰各部尺寸及螺栓、螺柱规格，并绘于图2中。
图 1甲型平焊法兰（容器法兰）（法兰-RF 800-0.6 JB4702-92）
6．有一卧式圆筒形容器，DN=3000mm ，最大重量为100吨，材质为16MnR ，选择双鞍式支座标准。 【解】每个支座上的载荷
KN mg F 4902
8
.91010023=??==
根据承受载荷与公称直径查附录十六，应选用轻型（A 型）120°包角带垫板鞍座。
JB/4712-92 鞍座 A3000-F JB/4712-92 鞍座 A3000-S
鞍座材料 Q235-AF 垫板材料16MnR 允许载荷Q=786KN
鞍座高度：
mm
h 250= 腹板:
mm
102=δ
底版：
mm mm
b mm l 143602180111===δ 筋板：
mm
mm
b mm b mm
l 104063163413323====δ 垫板：
mm
e mm
mm
b mm 6510500349044====δ弧长
9．有一Ф89×6的接管，焊接于内径为1400mm ，壁厚为16mm 的筒体上，接管材质为10号无缝钢管，筒体材料16MnR ，容器的设计压力1.8Mpa ，设计温度为250℃，腐蚀裕量2mm ，开孔未与筒体焊缝相交，接管周围20mm 内无其他接管，试确定此开孔是否需要补强？如需要，其补强圈的厚度应为多少？画出补强结构图。
解：由表16-1查得16MnR （厚度６～１６）在250℃下的[]t
σ=１５６M Ｐa ，MPa s
325=σ
10号钢管在250℃下[]t
σ=92M Ｐa ，MPa s
205=σ 取φ=1
壳体计算壁厚：
[]mm
P D P S c
t i
c 12.88
.1115621400
8.12=-???=
-=
?σ 接管计算壁厚：
[]mm
P D P S c
t c t 86.08
.1192289
8.120
=+???=
+=
?σ
壳体与接管的壁厚附加量取C=２mm 则开孔直径：
mm
C d d 8122628921=?+?-=+=
壳体的名义壁厚： mm
S n 16=
壳体的有效壁厚：
mm C S n e 14216=-=-=δ
接管的名义壁厚： mm
S nt 6=
接管的有效壁厚：
mm
C S S nt et 426=-=-=
接管有效补强宽度：
mm
d B 1628122=?==
接管外侧、内侧有效补强高度：
mm
dS h h nt 2268121=?===
强度削弱系数： 59.0156
92
][][t t ==
=
壳
管σσr f
需要补强金属面积：
()()2
35.68459.01412.8212.88112mm f SS dS A r et =-???+?=-+=
可作为补强的金属面积：
()()()()
()()()2
145759.0112.8144212.814)81162(12mm f S S S S S d B A r e et e =-?-??--?-=-----=
()()()()2
22124.13359.02422259.086.0422222mm f C S h f S S h A r
et r t et =?-??+?-??=-+-=
焊缝按R=8计算，则2
364882
1
2mm A =???=
可作为有效补强的金属截面积：
2
3214.654644.133457mm A A A A e =++=++=
因为A e
＜A ，所以需要另加补强。
另加补强面积：2
4304.65435.684mm A A A e =-=-=
用补强圈补强结构，补强材料与壳体材料相同为16MnR ，厚度与筒体壁厚相同为16mm 。
第三篇: 典型化工设备的机械设计 第七章 管壳式换热器的机械设计
2 衡量换热器好坏的标准大致有哪些？
答：传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构可靠，节省材料；成本低；制造、安
装、检修方便。
3 列管式换热器主要有哪几种？各有何优缺点？
答：①壳体直径的决定和壳体壁厚的计算；
②换热器封头选择，压力容器法兰选择；
③管板尺寸确定；
④管子拉脱力的计算；
⑤折流板的选择与计算；
⑥温差应力计算。
此外还应考虑接管、接管法兰选择及开孔补强等。
5我国常用于列管式换热器的无缝钢管规格有哪些？通常规定换热管的长度有哪些？
答：我国管壳式换热器常用无缝钢管规格（外径壁厚），如下表2所示。换热管长度规定为：1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm, 4500mm, 5000mm, 6000mm, 7500mm, 9000mm, 12000mm。换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在4~25之间，常用的为6~10。立式换热器，其比值多为4~6。
6换热管在管板上有哪几种固定方式？各适用范围如何？
答：固定方式有三种：胀接、焊接、胀焊结合。
胀接：一般用在换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过
4.0MPa，设计温度在350℃以下，且无特殊要求的场合。
焊接：一般用在温度压强都较高的情况下，并且对管板孔加工要求不高时。
胀焊结合：适用于高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，无法克服焊接的“间
隙腐蚀”和“应力腐蚀”的情况下。
7换热管胀接于管板上时应注意什么？胀接长度如何确定？
答：采用胀接时，管板硬度应比管端硬度高，以保证胀接质量。这样可避免在胀接时管板产生塑性变形，影响胀接的紧密性。如达不到这个要求时，可将管端进行退
火处理，降低硬度后再进行胀接。另外，对于管板及换热器材料的线膨胀系数和
操作温度与室温的温差△t，必须符合表3的规定。
表 3 线膨胀系数和温度
精品 机械设计基础课后习题解答参考 1-2题 ,7,5===h l P P n 107253=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 1-3题 1,11, 8===h l P P n 1111283=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 1-4题 0,11, 8===h l P P n 2011283=-?-?=F 机构有2个主动构件，所以机构有确定运动。 1-5题 1,8, 6===h l P P n 118263=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 2-1题 （a ）双曲柄机构； （b ）曲柄摇杆机构； （c ）双摇杆机构； （d ）双摇杆机构。 2-2题 0≠e 时，曲柄条件：e l l BC AB -<； 0=e 时， 曲柄条件：BC AB l l <。 2-4题
精品 极位夹角 ?=+-??=+-?=3636.161 2.11 2.118011180K K θ
精品 2-7题 极位夹角?=+-??=+-? =361 5.11 5.118011180K K θ 3-2题
精品 4-1题 m z m h z d a a )2()2(* +=+= 所以 25.2100 225 2== +=z d m a mm 主要几何尺寸计算（略）。 4-2题略 4-3题 分锥角 "43'25684287.6817 43arctan arctan 122?=?===z z δ "17'34215713.2190221?=?=-?=-∑=δδδ 分度圆 5117311=?==mz d mm ； 12943322=?==mz d mm 齿顶圆 580.565713.21cos 3251cos 2111=???+=+=δm d d a mm 206.1314287.68cos 32129cos 2222=???+=+=δm d d a mm 齿根圆 304 .445713.21cos 34.251cos 4.2111=???-=-=δm d d f mm 353.1264287.68cos 34.2129cos 4.2222=???-=-=δm d d f mm 锥距 358.6943172 32222 221=+?=+= z z m R mm 齿顶角 "44'4237122.3358.693 arctan arctan ?=?===R h a a θ 齿根角 " 7'2744519.4358 .696 .3arctan arctan ?=?===R h f f θ
化工设备考试题A 一、填空题（每空1分、共20分） 1、压力容器按工艺用途可分为_____________、____________、____________和_____________ 容器。 2、《压力容器安全技术监察规程》按容器的_____________、____________、____________及容器在生产过程中的作用综合考虑，把压力容器分为三个类别。 3、压力容器用钢在出厂时的必检项目是_____________、____________ 、_____________、____________ 、_____________、____________ 。 4、边缘应力的两个显著特点是 _____________、____________。 5、在容器上开孔后，常用补强结构有___________、__________ 和_________。 6、大型立式容器常采用_______支座，大型卧式容器采用_______支座。 二、单项选择题（每题2分、共10分） 1、受气体压力作用的薄壁圆筒，其环向应力和轴向应力的关系是 （） A：环向应力是轴向应力的2倍； B：轴向应力是环向应力的2倍； C：环向应力和轴向应力一样大； D：以上都不是。 2、外压薄壁容器失稳的根本原因是（） A：容器所受外压力太大；B：容器实际受的外压力超过了容器的临界压力； C：容器所用材料的质量太差； D：容器的壁厚太薄。 3、16MnR是（） A：含锰量16%的高合金钢； B：含碳量1.6%的高碳钢； C：平均含碳量0.16%的低合金压力容器用钢；D：以上都不是。 4、压力容器在进行液压试验时，其试验应力应该满足的条件是 （）
化工设备机械基础期末考试A卷（） 工艺1215 成绩 一、选择题（2＊10） 1.填料塔里由于容易产生壁流现象，所以需要（）将液体重新分 布。 A、喷淋装置 B、液体再分布器 C、栅板 D、支撑装置 2.根据塔设备内件的不同可将其分为板式塔和填料塔，下列零部件板 式塔和填料塔都有的是（） A、泡罩 B、裙座 C、栅板 D、液体分布器 3.工业生产上最早出现的典型板式塔，其结构复杂，造价较高，安装 维修麻烦，气相压力降较大而逐渐被其他新的塔形取代的是（）。 A 泡罩塔 B 浮阀塔 C 筛板塔 D 填料塔 4.填料塔中传质与传热的主要场所是（） A 、填料 B 、喷淋装置 C、栅板 D、人孔 5.轴与轴上零件的主要连接方式是（） A、法兰连接 B、承插连接 C、焊接 D、键连接 6.利用阀前后介质的压力差而自动启闭，控制介质单向流动的阀门是 （） A、蝶阀 B、节流阀 C、止回阀 D、旋塞阀 7.将管子连接成管路的零件我们称为管件，下列管件可用于封闭管道 的是（）。 A、等径四通 B、等径三通 C、堵头 D、弯头 8.在常用阀门中，用于防止超压保护设备的阀门是（） A.节流阀 B.截止阀 C.安全阀 D.旋塞阀 9.管式加热炉中（）是进行热交换的主要场所，其热负荷约占全 炉的70%-80%的，也是全炉最重要的部位。 A.、辐射室 B.、对流室 C.、余热回收系统 D.、通风系统 10.（）是一种将液体或固体悬浮物，从一处输送到另一处或从低 压腔体输送到高压腔体的机器。 A、泵 B、压缩机 C、离心机 D、风机 二、填空题（1＊40 ） 1、列管式换热器不存在温差应力的有、、 和。 2、常见填料的种类有、、、
7-1解：（1）先求解该图功的比例尺。 （2 ）求最大盈亏功。根据图7.5做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，，，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-” 号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自向上做 ，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭 矢量。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为： （3 ）求飞轮的转动惯量 曲轴的平均角速度：； 系统的运转不均匀系数：； 则飞轮的转动惯量：
图7.5图7.6 7-2 图7.7 图7.8 解：（1）驱动力矩。因为给定为常数，因此为一水平直线。在一个运动循环中，驱
动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即： 因此求得： （2）求最大盈亏功。根据图7.7做能量指示图。将和曲线的交点标注， ，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏 功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自向上做，表示区间的盈功； 其次作向下表示区间的亏功；然后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。 由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。 欲求，先求图7.7中的长度。如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中， 相当于该三角形的中位线，可知。又在中，，因此有： ，则
根据所求数据作出能量指示图，见图7.8，可知最大盈亏功出现在段，则 。 （3）求飞轮的转动惯量和质量。 7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮 安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为： 7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功。因为是最大动能与最小 动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，通过轧辊后系统动能达到最小，因此： 则飞轮的转动惯量： （2）求飞轮的最大转速和最小转速。
化工设备基础知识 一、化工设备的概念 化工设备是指化工生产中静止的或配有少量传动机构组成的装置，主要用于完成传热、传质和化学反应等过程，或用于储存物料。 二、化工设备的分类 1、按结构特征和用途分为容器、塔器、换热器、反应器（包括各种反应釜、固定床或液态化床）和管式炉等。 2、按结构材料分为金属设备（碳钢、合金钢、铸铁、铝、铜等）、非金属设备（陶瓷、玻璃、塑料、木材等）和非金属材料衬里设备（衬橡胶、塑料、耐火材料及搪瓷等）其中碳钢设备最为常用。 3、按受力情况分为外压设备（包括真空设备）和内压设备，内压设备又分为常压设备（操作压力小于1kgf/cm2）、低压设备（操作压力在 1～16 kgf/cm2 之间）、中压设备（操作压力在 16～100 kgf/cm2 之间）高压设备、（操作压力在 100～1000 kgf/cm2 之间）和超高压设备（操作压力大于 1000 kgf/cm2） 三、化工容器结构与分类 1、基本结构在化工类工厂使用的设备中，有的用来贮存物料，如各种储罐、计量罐、高位槽；有的用来对物料进行物理处理，如换热器、精馏塔等；有的用于进行化学反应，如聚合釜，反应器，合成塔等。尽管这些设备作用各不相同，形状结构差异很大，尺寸大小千差万别，内部构件更是多种多样，但它们都有一个外壳，这个外壳就叫化工容器。所以化工容器是化工生产中所用设备外部壳体的总称。由于化工生产中，介质通常具有较高的压力，故化工容器痛常为压力容器。 化工容器一般由筒体、封头、支座、法兰及各种开孔所组成. 1）筒体筒体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或化学反应所需要的工作空间，是化工容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形筒体（即圆筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。 2）封头根据几何形状的不同，封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中以椭圆形封头应用最多。封头与筒体的连接方式有可拆连接与不可拆连接（焊接）两种，可拆连接一般采用法兰连接方式。 3）密封装置化工容器上需要有许多密封装置，如封头和筒体间的可拆式连接，容器接管与外管道间可拆连接以及人孔、手孔盖的连接等，可以说化工容器能否正常安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性。 4）开孔与接管化工容器中，由于工艺要求和检修及监测的需要，常在筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。 5）支座化工容器靠支座支承并固定在基础上。随安装位置不同，化工容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类，其中立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种。大型容器一般采用裙式支座。卧式容器支座有支承式、鞍式和圈式支座三种；以鞍式支座应用最多。而球形容器多采用柱式或裙式支座。 6）安全附件由于化工容器的使用特点及其内部介质的化学工艺特性，往往需要在容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数，以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。化工容器的安全装置主要有安全阀、爆破片、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等。 上述筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件等即构成了一台化工设备的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身。对用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器而言，则须在外壳内装入工艺所要求的内件，才能构成一个完整的产品。 2、分类从不同的角度对化工容器及设备有各种不同的分类方法，常用的分类方法有以下几种。
填空 1、对检修完的设备及管线，开工前必须进行严密性试验，包括（）（）。 答案：水压试验、气压试验 2、各类压力容器应按规定安装（），并定时检验，保持灵活好用。在压力容器上装设( )后，可直接测出容器内介质的压力值。 答案：安全阀、压力表 3、离心泵主要依靠叶轮的高速旋转产生的( )使液体提高压力而径向流出叶轮。一般离心泵启动前出口阀关闭就是（），避免电机超载。 答案：离心力、减少起动电流 4、离心泵叶轮按结构不同一般可分为（）、半开式、（）三种类型。答案:闭式、开式 5、阀门的基本参数为（）（）适用介质。 答案: 公称直径、公称压力 6、轴承通常分为两大类，即（）（）。 答案: 滚动轴承、滑动轴承 7、压力容器必须定期检查，分为（）（）全面检验。 答案:外部检验、内部检验 8、为了保证轴承工作温度在60--85度范围内，在巡回检查中应检查轴承的（）振动和（）情况。 答案：润滑、发热
9、离心泵的优点是结构简单紧凑，安装使用和维修方便，而且（）易调，又能输送有腐蚀性和有（）的液体。 答案：流量、悬浮物 10、压力容器的安全部件主要有（）爆破片，液面指示的仪器、仪表和（）装置。 答案：安全阀、紧急切断 11、泵的扬程与叶轮的( )( )( )有关。 答:结构、大小、转速 12、对装置的所有工艺管线或外系统管线，检修部分与不检修部分要用盲板隔断，盲板厚度要求，( ) 。）。 答案：5mm以上 13、浮头式换热器中，浮头起（）的作用。我分厂浮头式换热器为( )答案：热补偿、中冷器 14、阀门的主要作用有：接通和（）介质；防止介质倒流；调节介质的（）、（）；分离、混合或分配介质；防止介质压力超压等。 答案：截断、压力、流量 15、润滑油的使用必须严格遵守（）（）的要求 答案：5定、3过滤。 16、电动机过热的原因：（）通风不良，电压不正常，（） 答案：电机过载、轴承磨损 17、润滑油不仅有润滑作用，而且对润滑面有（）（）作用 答案：冲洗、冷却
化工设备基础知识 第一章轴轴的主要作用是用来支撑和固定旋转传动零件，常见的轴有直轴和曲轴两种。一、直轴的分类：根据承受荷载的情况不同，直轴可分为心轴、转轴和传动轴三类。 1、心轴：心轴工作时主要用来支撑转动零件，承受弯矩而不传递运动，也不传递动力。心轴随零件转动的（如火车轮轴）称为活动心轴，不随零件一起转动的（如自行车轴、滑轮轴）称为固定心轴，它们承载时均产生弯曲变形。 2、转轴：转轴既要支承旋转零件还要传递运动和动力，如机床主轴、减速机齿轮轴、搅拌轴等。这类轴在外力作用下将产生弯曲变形和扭转变形。 3、传动轴主要用来传递扭矩，它不承受或承受较小的弯矩，如汽车、拖拉机变速箱与后轮轴间的传动轴。 轴的材料：选取轴用材料主要取决于轴的工作条件载荷和加工工艺等综合因素，除满足强度、刚度、耐磨性外，还要求对应力集中敏感性小，常用碳素钢、合金钢的锻件和轧制圆钢做为轴的毛坯。 碳素钢对应力集中的敏感性较小，其机械性能可通过热处理进行调整，比合金钢价廉，所以应用最广，常用30、40、45、50 号钢，其中45 号钢最常用。对于非重要或受载荷较小的轴可用Q235、Q237 等普通碳素结构钢。 合金钢可淬性好，且具有较高的机械性能，常用于传递较大功率并要求减小尺寸和重量以及提高轴颈耐磨性的场合。 合金铸铁和球墨铸铁也常用来做轴的原因是铸造成型容易得到较复杂且更合理的形状，铸造材料吸振性高，并可用热处理的方法提高耐磨性，对应力敏感性较低，且价廉。但铸造质量不易控制，可靠性较差，需慎用。 二、轴的结构 轴的外形通常作成阶梯形的圆柱体。轴上供安装旋转零件的部位叫轴头，轴与轴承配合部分叫轴颈，轴的其他部分叫轴身轴的设计与选择要考虑很多因素的影响，在满足不同截面的强度和刚度要求的同时，还要便于轴上零件的固定、定位、拆装、调整，尽可能减小应力集中以提高轴整体的疲劳强度，以及轴本身的加工工 艺性。 旋转零件一般要随轴旋转传递运动和动力，零件在圆周方向和轴线方向都需要确定他们之间的相对位置以保证各零件正常的工作关系。
一、名词解释(10分) 1、无力矩理论:在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用,该情况下的应力状态与承受内压 的薄膜相似,又称薄膜理论。 2、法兰的公称压力:以16MnR 在200℃时的力学性能为基础,其最大操作压力即为具有该尺 寸法兰的公称压力。 3、泊松比:弹性阶段杆件的横向应变与轴向应变之比的绝对值,称为横向变形系数或泊松比。 就是一无量纲的量,其数值随材料而异,也就是通过试验测定的。 ε εν' = 4、同素异构转变:在固态下晶体构造随温度发生变化的现象,称同素异构转变。 5、热脆:硫以FeS 的形态存在于钢中,FeS 与Fe 形成低熔点(9850 C)化合物,而钢材的热加工 温度一般在11500C-12000 C 以上,当钢材热加工时由于FeS 化合物的过早熔化而导致工件开裂,称为“热脆”。作图题(共10分) 根据受力图画出剪力图与弯矩图(10分) 三、问答题(共26分) 1、 Q235-A ●F 代表 普通碳素钢 (钢种),其中Q 为 屈服强度的头一个拼音字母 ,235为 屈服强度值 ,A 表示 质量等级 ,F 表示 沸腾钢 ;0Cr18Ni9 代表 铬镍不锈钢 (钢种),18 表示 含铬18% , 9 表示 含镍9% ;ZL7代表 铸铝 (钢种); H80 代表 黄铜 (钢种),80 表示平均含铜80% 。(5分) 2.埋弧自动焊的优缺点就是什么？不锈钢焊接采用何种方法及其特点就是什么？(5分) 埋弧自动焊的优点:1)生产效率高;2)焊缝质量高;3)劳动条件好 缺点:不及手工电弧焊灵活,工件边缘准备与装配质量要求高、费工时,必须严格控制焊接规范。
不锈钢焊接可采用氩弧焊,用氩气为保护介质,就是惰性气体,既不与金属起化学反应也不溶于液态金属,可避免焊接缺陷,获得高质量的焊缝。 3.什么就是外压容器的失稳？简述外压容器侧向失稳的形式并说明如何通过失稳形势判断 外压容器的类型？(8分) 容器强度足够,却突然失去原有的形状,筒壁被压瘪或发生褶皱,筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形,这种现象称为弹性失稳。其实质就是容器筒壁内的应力状态有单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。 侧向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形,产生的波形数n=2时,为长圆筒;n>2时,为短圆筒;如只发生强度破坏,无失稳则为刚性筒。 4、下列容器属一、二、三类容器的哪一类？(8分) （1） 直径为2000mm,设计压力为10Mpa 的废热锅炉 （2） 设计压力为0、6Mpa 的氟化氢气体储罐 （3） 设计压力为1、0Mpa 的搪玻璃压力容器 （4） p 为4Mpa 的剧毒介质容器 （1） 为三类容器;(2)为二类容器;(3)为二类容器;(4)为三类容器。 四、计算题(共54分) 1、 一个低合金钢内压反应釜,内径mm D i 1000=,工作压力MPa 0.2(装有安全阀),工作 温度C 0 300,釜体采用单面手工电弧焊(有垫板),全部无损探伤,内部介质有轻微腐蚀性,试设计反应釜筒体壁厚,并校核水压试验强度。([]MPa t 144=σ []MPa 170=σ MPa s 345=σ,() s e e i T T D p ?σδδσ9.02≤+= )(10分) 表 钢板负偏差C l (mm) 解:设壁厚mm 11,mm C 8.01=,mm C 12= []mm C p pD t i d 97.98.105 .129.014421000 05.122=+?-????= +-= ?σδ 圆整为规格钢板,取mm n 10=δ厚。 水压试验校核:() ()MPa D p e e i T T 5.1902 .822.81000144170 05.1225.12=?+? ??= += δδσ
机械设计基础习题参考答案 机械设计基础课程组编 武汉科技大学机械自动化学院
第2章 平面机构的自由度和速度分析 2-1画运动简图。 2-2 图2-38所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。 4 3 5 1 2 解答：原机构自由度F=3?3- 2 ?4-1 = 0，不合理 ，
2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。 b) a) A E M D F E L K J I F B C C D B A 解答：a) n=7; P l=9; P h=2，F=3?7-2 ?9-2 =1 L处存在局部自由度，D处存在虚约束 b) n=5; P l=6; P h=2，F=3?5-2 ?6-2 =1 E、B处存在局部自由度，F、C处存在虚约束2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。 B D C A (a) C D B A (b) 解答：a) n=4; P l=5; P h=1，F=3?4-2 ?5-1=1 A处存在复合铰链 b) n=6; P l=7; P h=3，F=3?6-2 ?7-3=1 B、C、D处存在复合铰链 2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。
A B C D E 解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3?7-2 ?10 = 1 C 处存在复合铰链。 b) n=7; P l =10; P h =0，F=3?7-2 ?10 = 1 B D E C A c) n=3; P l =3; P h =2，F=3?3 -2 ?3-2 = 1 D 处存在局部自由度。 d) n=4; P l =5; P h =1，F=3?4 -2 ?5-1 = 1 A B C D E F G G' H A B D C E F G H I J e) n=6; P l =8; P h =1，F=3?6 -2 ?8-1 = 1 B 处存在局部自由度，G 、G'处存在虚约束。 f) n=9; P l =12; P h =2，F=3?9 -2 ?12-2 = 1 C 处存在局部自由度，I 处存在复合铰链。
化工设备机械基础复习题 一、填空题 1、强度是指构件—抵抗破坏—的能力。 2、刚度是指构件—抵抗变形—的能力。 3、稳定性是指构件—保持原有—平衡状态的能力。 4、如物体相对于地球静止或作匀速运动，则称物体处于—平衡状态—。 5、物体受外力作用变形时，其内部各部分之间因相对位置改变而引的相互作力称为—内力 6、脆性材料的安全系数一般取得比塑性材料要—大一些_。 7、在轴向拉伸或压缩时，杆件不但有—纵向—变形，同时—横向—也发生变形。 8、扭转是—杆件—的又种变形方式。 9、许Gr称为—剪切—虎克定律。 10、弯曲是工程实际中最常见的一种—基本—变形形式。 11、简支梁是梁的一端为固定铰支座，另一端为—可动_。 12、外伸梁是简支梁的一端或—两端—伸出支座之 外。 13、悬臂梁是梁的一端固定，：另 — 「端—自由―。 14、最大拉应力理论又称—第 - - 强度理论。 15、最大伸长线应变理论又称一— 第二 — —强度理论。 16、最大剪应力理论又称—第三强度理论。 17、形状改变比能理论，又称_ 第四 ——强度理论。 18、构件在工作时出现随时间作周期变化的应力称为—交变「应力。 19、硬度是用来—衡量固体材料软硬程度的力学性能指标。
20、裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力称为断裂—韧性_。 21、化工设备的密封性是一个十分—重要—的问题。 22、化工设备的耐久性是根据所要求的—使用—年限来决定。 23、发生边缘弯曲的原因是由于—薄膜—变形不连续。 24、当q/b= —时为标准型椭圆形封头。 25、圆柱壳体的环向应力为b e=PD/2 S 26、球形壳体的环向应力为b e=PD/4 3 27、3d是圆筒的—设计—厚度。 28、3是圆筒的—计算—厚度。 29、有效厚度3 e= —3+ △_ 30、凸形圭寸头包括半球形圭寸头—椭圆形—圭寸头、碟形圭寸头、球冠形圭寸头四种。 31、碟形封头由以 R i为半径的球面，以r为半径的—过度弧—高度为h o的直边三部分组成。 32、锥形封头在同样条件下与凸形封头比较，其—受力「情况较差。 33、球冠形封头在多数情况下用作容器中两独立受压室的—中间—封头。 34、刚性圆筒，由于它的厚径比3 e/D o较大，而长径比L/D o —较小所以一般不存在因失稳破坏的问题。 35、加强圈应有—足够—的刚性，通常采用扁钢、角钢、工字钢或其它型钢组成。 36、卧式容器的支座有—鞍座圈座和支腿三种。 37、立式容器有耳式支座、—支承式支座—腿式支座和裙式支座四种。 38、法兰按其整体性程度可分为松式法兰、—整体—法兰和任意式法兰三种。 39、国家标准中的手孔的公称直径有—DN150 —和DN250两种。 40、平带一般由数层帆布—粘合—而成并用接头连接成环形带。
一、填空题） ●管路的热补偿分____、____两种。 ●过压保护用____阀，排水阻汽用____阀。 ●按工作原理可将泵分为____、____和其他类型泵等三类。 ●根据离心泵泄漏位置的不同，可将泄漏分为____和____。 ●风机按排气压力分为____（Pd≤1.5×104Pa）和____（1.5×104Pa＜Pd＜2.0×104Pa）。 ●活塞式压缩机工作过程按工作原理可分为____、____、____、____等。 ●离心式压缩机主要由____、____、轴承及密封装置等部件组成。 ●GB150—98《钢制压力容器标准》中按内压容器的设计压力（P），将内压容器分为____、 ____、____、____四个压力等级。 ●按冷热流体热量交换方式将热交换器分为____、____、____三种。 ●板式塔气液接触属于____式传质、传热过程；填料塔气液接触属于____式传质、传热过 程。 ●搅拌反应釜由____、____、____、轴封装置和其他结构等几部分组成。 ●搅拌反应釜最常用的传热装置有____和____。 ●多级离心泵轴向力平衡的措施有（）、（）、（）。 ●活塞的基本结构有：（）（）（）。 ●列管式换热器中，需要设置膨胀节以消除温差应力的是( )；换热管一端 固定，另一端可以在管内自由移动的是( )。 ●离心式风机叶片有三种主要弯曲形式，（）叶片，（）叶片和 （）叶片。 ●在换热器中参加换热的两种流体在间壁两边分别以相反的方向流动，称为 ( )，若以相同的方向流动，则称为( )，在工业生产中，一般都采用 ( )，只有在特殊情况时，才采用( )。 ●活塞式压缩机工作原理包括（）、（）、（）、 膨胀四个过程。 ●填料塔中的填料分为实体填料和网体填料，拉西环和鲍尔环属于实体填料。实体 填料的填充方式有（）和（）。 ●止回阀的作用是控制流体的方向，按照结构的不同可以将其分为两种，主要是 （）和（）。 ●1MPa≈（）kgf/cm2
1. 化工厂安装塔设备时，分段起吊塔体如图所示。设起吊重量G=10KN，求钢绳AB、 BC及BD的受力大小。设BC、BD与水平夹角为60℃。 2. 桅杆式起重机由桅杆D、起重杆AB 和钢丝BC用铰链A连接而组成。P＝20KN，试求BC绳的拉力与铰链A的反力(AB杆重不计)。 3. 起吊设备时为避免碰到栏杆，施一水平力P，设备重G=30KN，求水平力P及绳子 拉力T。
4. 悬臂式壁架支承设备重P(KN )，壁架自重不计，求固定端的反力。 5. 化工厂的塔设备，塔旁悬挂一侧塔。设沿塔高受风压q(N／m)，塔高H(m)，侧 塔与主塔中心相距为e(m)，主塔重P1(KN)，侧塔重P2(KN) 。试求地面基础处的 支座反力。 6. 梯子由AB与AC两部分在A处用铰链联结而成，下部用水平软绳连接如图放在光
滑面上。在AC上作用有一垂直力P。如不计梯子自重，当P＝600N，α=75℃，h=3m， a＝2m时，求绳的拉力的大小。 .7 试用截面法求各杆件所标出的横截面上的内力和应力。杆的横截面面积A为250mm2，P=10KN。 8. 一根直径d=3mm，长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN，其伸长为ΔL=2.2mm。 试求此杆横截面上的应力与此材料的弹性模量E。 参考答案 9. 一根钢杆，其弹性模量E=2.1×105MPa，比例极限σp=210MPa；在轴向拉力P作用下，纵向 线应变ε=0.001。求此时杆横截面上的正应力。如果加大拉力P，使杆件的纵向线应变增加到ε=0.01，问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定，为什么？ 10. 两块Q235-A钢板用E4301焊条对焊起来作为拉杆，b=60mm，δ=10mm。已知钢板的许用应 力[σ]=160MPa，对接焊缝许用应力[σ]＝128MPa，拉力P=60KN。试校核其强度。
化工设备基础课程设计 第一章设计方案的确定.............................................................. 错误!未定义书签。 1.1 液氨储罐选型................................................................. 错误!未定义书签。 1.2 液氨储罐选材.................................................................. 错误!未定义书签。第二章储罐的工艺设计.............................................................. 错误!未定义书签。 2.1 筒体壁厚设计.................................................................. 错误!未定义书签。 2.2 筒体封头设计.................................................................. 错误!未定义书签。 2.3 校核罐体及封头的水压试验强度.................................. 错误!未定义书签。 2.4 人孔设计.......................................................................... 错误!未定义书签。 2.5 人孔补强.......................................................................... 错误!未定义书签。 2.6 接口管.............................................................................. 错误!未定义书签。 2.6.1 液氨进料管......................................................... 错误!未定义书签。 2.6.2 液氨出料管.......................................................... 错误!未定义书签。 2.6.3 排污管.................................................................. 错误!未定义书签。 2.6.4 液面计接管.......................................................... 错误!未定义书签。 2.6.5 放空接口管.......................................................... 错误!未定义书签。 2.7 鞍座................................................................................ 错误!未定义书签。 2.7.1 罐体质量................................................................ 错误!未定义书签。 2.7.2 封头质量................................................................ 错误!未定义书签。 2.7.3 液氨质量................................................................ 错误!未定义书签。 2.7.4 附件质量................................................................ 错误!未定义书签。第三章设备总装配图.................................................................. 错误!未定义书签。 3.1 设备总装配图................................................................ 错误!未定义书签。 3.2 储罐技术要求：............................................................ 错误!未定义书签。 3.3 设计技术特性表............................................................ 错误!未定义书签。第四章设计总结.......................................................................... 错误!未定义书签。参考文献........................................................................................ 错误!未定义书签。
第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量 Ａ组 B组： 第二章容器设计的基本知识 一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围
第三章 内压薄壁容器的应力分析 和MP S m 63844=?==σ S P R R m = +2 1 σσθ MP S PD 634== σ θ 2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。 α cos 2,:21D A R R = ∞=点 MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=???==ασ S P R R m = +2 1 σσθ MP S PD 16.29866 .01021010 5.0cos 2=???== ασ θ 0,:21=∞=R R B 点 0==σ σθ m 3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。B 点处坐标x=600mm 。 2505 1010==b a 标准椭圆形封头
b b b y x A a R a R 2 2 21,:),0== ==点（ MP S Pa m 5.5020 10101=?== =θσσ MPa sb P B b a x a m 3.43)(2 2 2 2 4 =--= σ点： MPa b a x a a sb P b a x a 7.27)(2)(2 222442 22 4=????? ?-----= θσ :)0,(==y a x C 点 MPa S Pa m 25.25202101012=??== σ MPa S Pa 5.5020 10101-=?-=-=σ θ 五、 工程应用题 1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄 膜应力σσθ 和m 。 【解】 P= D=816mm S=16mm 1.00196.0816 16 <==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=??==σ MPa S PD m 75.631628165.22=??==σ 2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。 【解】 P= D=10020mm S=20mm 1.0001996.010020 20<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 15.7520410020 6.04=??===σσθ 3. 有一承受气体内压的圆筒形容器，两端封头均为椭圆形封头，已知：圆筒平均直径为2030 mm ，筒体与封头厚度均为30 mm ，工作压力为3Mpa ，试求； ⑴圆筒壁内的最大工作压力； ⑵若封头椭圆长，短半轴之比分别为，2，时，计算封头上薄膜应力的σσθ 和m 的最大值并确定其所在的位置。 【解】(1) 圆筒 P=3Mpa D=2030mm S=30mm 1.00148.02030 30<==D S 属薄壁容器 MP S PD m 75.50304203024=??==σ
化工设备机械基础作业答案
《化工设备机械基础》习题解答 第一篇: 化工设备材料 第一章化工设备材料及其选择 一. 名词解释 A组： 1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。 2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。 3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。 4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。 5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能 力。 6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，μ=0.3 。 7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。 8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。 9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 B组： 1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜 上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量 CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。 4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。 5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。 6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。 7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。 8.铁素体：碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体：碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。 10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 C. 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热 处理。 2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。 3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。 4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以30～50oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可 以增加工件的硬度、强度和耐磨性。 5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得 技术上所要求的性能。 6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。
题号 -一一-二二-三四总分 总分10 20 10 60 100 得分 一、填空题（共4小题，每空1分，共计10分） 1.一阶梯杆如图所示， AB段横截面面积为：Ai=100mrH BC段横截面面积为 A=180mm贝U AB段杆横截面上的 正应力为 _80_Mpa , BC段杆横截面上的正应力为 _83.3_Mpa 。 2 ?当圆截面梁的直径增加一倍时，梁的强度是原梁的_8 _______ 倍。 3 ?低碳钢拉伸过程中可分为 _弹性阶段_、_屈服阶段_、—强化阶段_和局部变形阶段。 4 ?边缘应力的特性主要为 _局部性_、_自限性_。 5.如图所示回转薄壳，中心线为回转轴，A点的第一曲率半径是 _R _____________ ，第二曲率半径是 二、选择题（共10小题，每题2分，共计20分）题5图 1?直杆受扭转力偶作用，如图1所示，在截面1-1和2-2处的扭矩为（B ）。 A. T =25 kN m ; T2 =5kN m ; B. T1 =25 kN m ; T2 =- 5 kN m ; C. T1 =35kN m ; T2 =- 5kN m ； D. T1 =- 25 kN m ; T2 =5 kN m。 2 .简支梁受集中力偶Mo作用，如图2所示。以下结论错误的是（ C ）。 A. b =0时，弯矩图为三角形； B. a =0时，弯矩图为三角形； C.无论C在何处，最大弯矩必为Mo D .无论C在何处，最大弯矩总在 C处。 3 .截面上内力的大小：（C ）。 A.与截面的尺寸和形状有关； B.与截面的尺寸有关，但与截面的形状无关； C.与截面的尺寸和形状无关； D.与截面的尺寸无关，但与截面的形状有关。 4 .下列常用压力容器封头，根据受力情况，从好到差依次排列次序为（ B ）。 A.椭圆形、半球形、碟形、锥形、平盖； B .半球形、椭圆形、碟形、锥形、平盖； C.半球形、碟形、椭圆形、、锥形、平盖 D .碟形、半球形、椭圆形、、锥形、平盖 5.对于铁基合金，其屈服点随着温度的升高而（ C ）。 A.升高 B .不变 C .降低 D .未知数 6 .当焊接接头结构形式一定时，焊接接头系数随着检测比率的增加而（ A ）。 A.增大 B .减小 C .不变 D .不能确定 7 .工程上把3 /D i>( A ）的圆筒称为厚壁圆筒。 A. 0.1 B .0.2 C . 1.0 D .2 题2图
设备基础知识竞赛参考题及答案 一、机械基础部分 1、 金属材料的机械性能包括那些？ 答：强度、硬度、塑性、脆性、韧性、疲劳和蠕变。 2、 材料受载荷作用的形变形式有那几种？ 答：拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲五种。 3、 4、化工常用静止设备有哪几种？ 答：容器、塔器、换热器和反应器等。 5、零件圆柱尺寸为Φ25 ，请问该零件基本尺寸是多少？上偏差是多少？下偏差是多少？公差是多少？ 答：基本尺寸是直径25mm；上偏差是0.015mm；下偏差是0.05mm；公差是0.065mm。6、零件的配合有哪几种？ 答：有间隙配合、过渡配合、过盈配合。 7、三视图的投影规律是什么？ 答：主俯长对正、主左高平齐、俯左宽相等。 8、说明阀门型号J41H-16 D 80中各符号的含义？ 答：①J-截止阀，4-阀兰连接，1-直通式，H-阀座密封面材料为合金钢，16-公称压力为1.6MP a ②D 80是公称直径为80mm。 9、简述离心泵的工作原理？ 答：在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成
了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。 10、我公司为什么要对阀门传动丝杆、设备螺栓进行润滑或防锈处理？ 答：传动丝杆和设备连接螺栓长期暴露在空气当中，由于空气里含有水分等，长期不使用，不润滑易腐蚀，所以需要润滑或防锈处理。 11、泵轴密封的作用是什么？ 答：泵的轴密封是用来阻止泵内液体向外泄漏，同时也防止空气进入泵腔。 12、离心泵流量不足的原因有那些？ 答：①吸入管或泵的进口堵塞，吸入管阻力过大。 ②叶轮吸入口口环磨损，间隙过大。 ③泵的转向不对或叶轮装反。 ④出口阀未打开或开度太小。 13、离心泵振动大的原因是什么？ 答：①泵转子或驱动机转子动平衡不合要求。②连轴器找正不合要求。③轴承磨损、间隙过大。④地脚螺栓松动。⑤基础不牢固。⑥轴弯曲。⑦支架不牢固引起管道振动。⑧泵体内部磨损。⑨转子零件松动或破损⑩叶轮中有杂物。 14、轴承温度高的原因有那些？ 答：①轴承间隙过大或过小。②轴承安装不正确。③轴承磨损或松动。④轴承缺油、加油过多或油质不良。⑤轴承内有杂物。 15、轴承温度的允许值是多少？ 答：滑动轴承：＜80℃；滚动轴承：＜95℃。 16、离心式鼓风机由那些部件组成？ 答：机壳、转子组件（叶轮、主轴）、密封组件、轴承、润滑装置及其他辅助零部件组成。 17、罗茨风机风量不足、风压降低的原因？ 答：①叶片磨损间隙增大。②传递带松动达不到额定转数。③密封或机壳漏气。④管道阀兰漏气。 18、对于有机械密封的泵类设备启动或停止泵运行时应注意什么？ 答：因机械密封动、静环之间的运动依靠液体润滑和冷却在启动泵之前，需要打开入口阀，让液体充满空间形成良好的润滑；停止转动后在关闭阀门，防止无冷却润滑液体磨损。19、无缝钢管：“Φ159×4×6000”各符号表示什么意思？ 答：Φ159-无缝钢管外径159mm；4-无缝钢管厚度4mm；6000-无缝钢管长度6000mm。 20、材料在加工或使用过程中所受的外力叫载荷，按其作用性质不同可分为哪三种载荷？答：①静载荷。②冲击载荷。③交变载荷。 21、碳素钢按含碳量分为哪几类，其含碳量的范围？ 答：碳素钢按含碳量分为3类，低碳钢（含碳量为0.05～0.25%）；中碳钢（含碳量为0.3～0.55%）；和高碳钢（含碳量为大于0.6%）